新型超声复合变幅杆的设计及有限元分析

超声变幅杆是超声振动系统中的一个重要部件。设计了余弦半周期圆柱形复合变幅杆，实现了余弦段与圆柱段的平滑过渡。通过理论计算，推导了其频率方程和放大系数公式。结果表明，新型余弦圆柱形复合变幅杆的频率方程比圆柱圆锥形复合变幅杆和阶梯形变幅杆更为简单；新型余弦半周期圆柱形复合变幅杆的放大系数公式与阶梯形变幅杆相似，比圆柱圆锥形复合变幅杆更为简捷。利用ABAQUS有限元分析软件，对所设计的余弦半周期圆柱形复合变幅杆进行了模态分析，确定了其固有频率和振型；进行谐响应分析，检查了理论设计的可行性。模态分析和谐响应分析结果表明，当余弦段长度为55、60 mm时，超声复合变幅杆性能最优。研究结果为超声复合变幅杆的设计与应用提供了参考。